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高速边坡塌方为何防不胜防

来源:力学Nerd王小胖 时间:2024-05-01 23:01 阅读

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防不胜防

1、新闻背景

这个五一伊始,就爆出来一个坏消息。根据媒体的报道,五一凌晨2点多,广东梅大高速大埔往福建方向K11+900m(茶阳路段出口方向2公里左右)附近发生高速公路路面塌陷事故。截止最新的消息,事故造成20多辆小车坠落,导致36人死亡,还有30人仍在救治过程中。

最新消息(2024.5.2)

央视新闻截图(早期消息)

高速公路与城市道路不同,路面塌陷不可能是因为地底下被挖空了。所以,高速路面发生坍塌,最大的可能就是“滑坡”。也就是说,这条高速修在山腰上。要么上方的土石发生了山体滑坡,冲断了路面,要么下方的土石发生了滑坡,造成了塌陷。而此次事故就属于后者,从航拍图上可以看到,事发路段恰好是半山腰,塌方的位置正好是路面下方。

塌陷航拍图

塌方的土石,顺着山势蜿蜒下去,占据了整个高速的半个路面,纵向约10米左右,蜿蜒往下约100多米。航拍图上那一缕明显的“伤疤”,与周围的绿树成荫形成了鲜明的对比。既然这个路段绿化这么好,为何也会发生塌方?塌方的发生为何这么突然,难道没有任何痕迹可循?

2、塌方的力学原理

塌方的防护,一直是土建类同学的一个重要研究课题,严格来讲应该叫“边坡防护”。这种自然灾害最本质的元凶,应该是“重力”。山体在重力场的作用下,有向下运动的趋势。此时,如果山体本身不结实,就会发生坍塌。下图中,有山体的崩塌,有水下滑坡,有泥石流,有塌岸,有滑坡,也有修建道路引起的滑坡,这些本质上都属于同一类。

各种类型的塌方

如果这个山体是一个整体,那么即便是悬崖峭壁,也不太容易发生塌陷。地球上悬崖非常多,它们之所以能够屹立不倒,就在于其岩石是一个整体。但是,日积月累,时间长了,特别是以地球尺度来说,悬崖会慢慢风化,沧海桑田之后,这块整体的悬崖岩石分裂开来。在加上地震或者其他什么原因,屹立的悬崖将不复出现。

悬崖的崩塌

在农业工程领域,我们在做农作物种子播种研究的时候,经常会用到一个堆积角的对比试验。从某种角度来说,这跟山体的塌陷有异曲同工之处。将种子从一固定高度的地方倒下,种子在地面形成一个锥形体,堆积角就是这个椎体的角度。离散的种子,掉落后形成的堆积角有个临界值,当超过这个临界值时,种子会沿着斜面滑落。

堆积角

实际上,山体的滑坡也有类似的这样一个角度。假设山体仍然是一整体,它受到的力只有向下的重力。那么山体底部岩石现有受到的力更大,极端条件下,山脚的岩层会承受不住上方的压力,而被压溃。现实中,这种情况当然不可能发生,因为那样的山太高了,即便真的存在,也早就压溃而沧海桑田了。同学们都知道,岩石属于脆性材料。脆性材料抗压性能很好,但是抗剪能力较弱。就比如铸铁压缩后,会形成一个45°的断裂面。岩石的压缩与铸铁类似,也会在大概45°的方向上形成压溃的裂纹面。

铸铁的压裂面

真实的滑坡并不是岩石的压溃,而是岩石上方土层的流动。正如刚刚所说,如果是一个整体,就不可能会发生塌方。岩石上方是土壤层,土壤的强度要比岩石弱小很多,其中就包括抗剪能力。土壤层的受力也是来自上方土壤的重力,同样承受的是压力。在这种压力作用下,理论上是越压越紧实。但是,表层的土壤较易流动,往下压不下去,就会往侧方向流,也就是抗剪能力弱,从而就造成了悲剧的发生。

3、边坡防护

从上述原理可知,想要防止滑坡的产生,最关键的是需要将这些土壤牢牢地固定在一起。相关的措施有很多,最为经济便捷的就是搞好绿化。利用植物根系的作用,将土壤牢牢地团结在一起。特别是那种高大的树木,其发达的根系,可以深入土壤十余米。

发达的植物根系

从媒体的画面来看,事发路段的边坡防护应该就是采用这种方式。由于这种方式跟地表的植物关系密切,所以防止效果就跟植物有关。显然,越是高大的植物,其根系越是发达,那么防治的效果也就越好。现场画面可以看到,这一段并不都是高大的植物,事发缺口似乎正是高大植物和地表草皮的分界处。

塌方现场

不同的坡度、用途,都有不同的防护手段。我们有时候在路边会看到一格一格的东西,里面再种植一些草皮,这种比单纯的草皮显然更加有效果一些。必须要说明的是,这种边坡防护的具体防护措施,都有相应的标准可以查询,并不是随随便便就可以胡乱决定的。在满足安全性的前提下,以最经济的方式完成。

边坡防护

4、为什么防不胜防

从上面的力学原理应该可以知道,这种塌陷是经年累月的,必须长期监控才有可能有效预测。其受力是静态的力,在静力的作用下,其位移肉眼不可见。土壤在静力的作用下,其力学行为较为复杂,目前研究土壤力学的学者有很多,但是依然很难准确预测土壤的一些力学行为。就比如我们课题组,做大蒜的振动挖掘好几年了,研究生毕业的有三届了,但是仿真值与实验值想要误差很小,还是很难做到。

课题组的研究成果

正是土壤力学行为的复杂性,才让边坡防护的研究变得困难。此外,边坡的防护,不仅仅是土壤本身而已,它还有很多其他的“杂质”,还有上方的植物,这些都影响了土壤本身的力学行为。所以,如果你觉得力学发展至今,用电脑就可以准备模拟出实际的塌陷,那你可能太高估力学了。而这,也正是我们继续从事力学研究的目的,我们也希望有更多的人投入进来。

虽然,无法通过电脑准确预测。但是,可以通过实验观测,及时发现预兆。比如,含水量是影响土壤性能的一个重要因素。含水量的增加,加剧了土壤的流动性,使之更易发生滑坡。所以,如果某地连续降水,那么就要小心了。近期,广州连续的暴雨,对于一些边坡来讲就是个非常危险的信号。不过,养护单位其实也挺难,这种塌陷前期的症状都比较小,很难感觉出来。一旦出现了较大的裂缝,那么离大规模塌陷也就不远了。

5、总结

这种高速公路的修建,肯定有严格的边坡防护相关标准来把控质量。但是连续的降水,可能让土壤的力学性能弱化到了原有防护措施之外了。这种边坡的塌陷,前期产生的位移很小,很难发现。前期的土层流动慢慢积累到一个临界值,就会出现大规模的崩塌。所以,防不胜防。

网友看法

1、网友吴某819:反对带节奏,反对充内行。专业的事情让专业人士去完成。

2、网友尔希:愿逝者安息!基建工程应该是百年大计,虽有意外,道路的设计还是没经得起考验。

3、网友篱下樵夫:专家不知道什么土质?水流方向?要不要做护坡,要不要排水?

4、网友人生仰望者:唉声叹气,设计师们工作时,请认真点好吗?

5、网友右岸的鱼yy:解释什么,我们浙江雨水多吧,山地多吧,工程看的是质量

6、网友陈裕松:刚好发生在植被的连接处,那么连接处就要非常慎重的处理

7、网友时髦枫叶Gr:养路护路者事前没有发现一点端倪吗?

8、网友欧巴的春天1970:豆腐渣

9、网友守株待兔钓鱼翁:设计?

10、网友飞鱼174477543:我们的科技监控都用在了车辆违不违章上了!为什么不抽出一半用在高速半斜坡路段来监控路基情况上?

11、网友超美工笔画:紧急呼吁加强高速道路安全巡查巡路,增加安全巡路路政养护人员。确保高速道路交通安全行驶,确保人生车辆安全。不要只知道高速收费而忽略交通安全意识。

12、网友Nicole的健康小作坊:真的是防不胜防

13、网友学游泳的鱼:有图有观点!下了不少功夫!

14、网友粤客一粒:旦夕祸福,人生无常。

15、网友一百万个可能:转发了

16、网友海华子:不是人祸就行,排除一下工程质量问题

17、网友CJM陈老三:设计有没问题.施工有没偷工减料.监管有没到位.后期对危险地段有没跟进监测等?一个自然现象全部背锅了

18、网友风中的蚩尤:罚款的摄像头测速仪多,就不装安全检测仪

19、网友留恋abc:出了问题,什么理由都有了逻辑!

20、网友一滴海42274967:又来洗地了

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